Estrutura eletrônica e campo hiperfino de impurezas complexas de cobalto e de níquel em diamante

• Autor(a) principal: Mamani, Rolando Larico
• Data de Publicação: 2008
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-27112023-100326/
• topic: campos hiperfinos; diamante; Diamond; FP-LAPW; FP-LAPW; hyperfine field; impurezas; impurities; metais de transição; transition metals

As várias possibilidades de aplicações tecnológicas que o diamante permite, na indústria de dispositivos, impulsionaram os avanços de fabricação de amostras de diamante sintético de alta qualidade. O cristal de diamante crescido, do grafite, pela técnica de alta pressão e alta temperatura (HPHT - High Pressure-High Temperature), utiliza ligas de metais de transição como solvente-catalizadores, que produzem contaminação das amostras. Dentre as várias impurezas de metal de transição introduzidas no material resultante, as impurezas de níquel são as mais bem caraterizadas, pois os centros relacionados ao Ni apresentam características únicas nestas amostras sintéticas. Apesar das ligas de cobalto serem as mais utilizas como solvente-catalizador no crescimento de diamante sintético, defeitos relacionados a sua presença, no material resultante, não têm sido identificados com a mesma facilidade como aqueles relacionados aos do níquel. Medidas de absorção óptica e de ressonância paramagnética eletrônica têm identificado vários centros relacionados com a impureza de níquel e alguns centros relacionados com a impureza de cobalto em diamante, tanto isolados como formando complexos, que envolvem defeitos intrínsecos e/ou dopantes. Entretanto, existem ainda muitas dúvidas e controvérsias sobre a estrutura microscópica destes centros. Neste trabalho apresentamos uma investigação teórica das propriedades eletrônicas e estruturais, assim como dos campos hiperfinos, de impurezas relacionadas com níquel e com cobalto em diamante. Utilizamos um modelo de supercélula e um método de primeiros princípios, a saber, FP-LAPW (Full Potential Linearized Augmented Plane Wave), com polarização de spin, que se baseia na teoria do funcional da densidade. Obtivemos a estrutura eletrônica, a simetria, as energias de transição e formação e os tensores hiperfinos de vários centros. Nossos resultados são discutidos dentro do contexto dos modelos microscópicos propostos para explicar os centros ativos identificados em diamante sintético. Com base em nossos resultados das propriedades das impurezas isoladas de Ni e Co, associadas aos sítios substitucional e intersticial tetraédrico, assim como para os pares Ni-N e Ni-B e os aglomerados de defeitos de Co-divacância, Ni-divacância, Co-divacância-nitrogênio, confirmamos alguns modelos microscópicos propostos para alguns centros, descartamos alguns deles e propomos novos modelos para outros.